CN101126356A - 对于内燃机用燃油/空气-混合物的成分进行调节的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种调节方法，用于调节一种输送给一内燃机(1)的由空气和燃油所组成的混合物的成分。在内燃机(1)的气缸(2)中设计了一配有一火花塞(9)的燃烧室(8)，该燃烧室由一驱动着一曲轴(5)的活塞(3)加以限制。与火花塞(9)相连的是一点火控制装置(13)，该点火控制装置根据所掌握的转速来控制点火时刻，其中经过一转速调节线路(55)将曲轴(5)的瞬间转速(nist)保持在预定的界限(nu，no)内。在一时间点(t0)引入一干扰量(Δms)，而且在引入干扰量之后立即监视并分析处理转速调节线路(55)的行为。根据分析处理结果，调节混合物的至少一种分量。

Description

对于内燃机用燃油/空气-混合物的成分进行调节的方法
技术领域
本发明涉及一种用于调节一种输送给一内燃机的、由空气和燃油所组成的混合物的成分的方法，特别是在作为二冲程内燃机设计的内燃机的情况下，其中在内燃机的气缸中构成了一配有一火花塞的燃烧室，该燃烧室由一驱动一曲轴的活塞加以限制；还配有一与火花塞相连的点火控制装置，该点火控制装置根据曲轴的转速在一适合的点火时刻触发一在火花塞上的点火火花，以及经过一转速调节线路将曲轴的瞬间转速保持在可预定的界限内；还配有一可控制的计量装置，用于由空气和燃油所组成的混合物中的至少一种分量。
背景技术
手持式工作器具如马达链锯、清理切割机、鼓风机等等，都优先采用一种内燃机、例如一种二冲程内燃机来驱动，这种内燃机在采用最新技术的情况下，运转友好、功率大，而且能保护环境地进行工作。为了能最佳地操作这种小型的、其工作容积约在20cm3至大约250cm3之间的内燃机，使用微处理器进行控制，这些微处理器可根据该内燃机的工作参数来控制点火。
在燃油系统中也已知使用电磁阀，如DE 102 42 186 A1所介绍的。这种阀用来控制燃油流，以使燃油量适配于该内燃机的不同工作参数。
如果利用一种转速调节线路来监督内燃机的转速，则电子装置便会通过点火时刻的改变来进行干预，借以保持所希望的转速。因此，即使在空转情况下，也可对一种已被调定的空转转速加以调节。这里所用的调节器通常都是一种所谓的PI-调节器，也就是一种具有比例分量(Proportionalanteil)和积分分量(Integralanteil)的调节器。
转速、特别在二冲程内燃机的情况下，不仅与点火时刻有关，而且也与混合物的成分有关。如果混合物同样可作为调节量进行改变的话，则一方面对于混合物成分、另一方面对于点火时刻的调节干预，特别是在空载运行中，会导致如下结果：所述系统离开调节范围。那么内燃机会停运，或者空载运行转速不再能被保持。
发明内容
本发明的任务在于提供一种用于转速调节的方法，其中一方面对于向内燃机输供的混合物的成分可以进行调节；另一方面点火时刻可以进行改变，而且不会发生调节系统脱离开调节范围的危险。
根据本发明，上述任务是通过一种用于调节一种输送给一内燃机的、由空气和燃油所组成的混合物的成分的方法加以解决的。这特别是在作为二冲程内燃机设计的内燃机的情况下，其中在内燃机的气缸中构成了一配有一火花塞的燃烧室，该燃烧室由一驱动一曲轴的活塞加以限制；还配有一与火花塞相连的点火控制装置，该点火控制装置根据曲轴的转速在一适合的点火时刻触发一在火花塞上的点火火花，以及经过一转速调节线路将曲轴的瞬间转速保持在可预定的界限内；还配有一可控制的计量装置，用于由空气和燃油所组成的混合物中的至少一种分量。
根据本发明，在一可预定的时刻导入一干扰量，并在导入此干扰量之后立即监视转速调节线路的行为，并对其加以分析处理。然后参照分析处理的结果，对于内燃机的一种变量或者影响到内燃机运转的参数进行调定，最好调定燃油/空气-混合物的一种混合物分量。其它工作参数例如点火时刻、压缩等也适合于作为变量。
在导入干扰量之后，所述转速作为调节回路的主导参量改变；转速调节线路可直接地反向控制，借以保持预定的转速。转速调节线路可制止由于点火中相应的调节干预而引起的转速升高或下降。转速调节线路的这种行为也又会反映在调节分量中，并加以监视和分析处理，以便根据分析处理的结果如此控制混合物分量所用的计量装置，使得混合物的一种分量可根据对于所述行为的分析处理结果加以调定，从而使混合物成分获得一种最佳的空气系数λ。这样，调节线路的调节分量、例如转速调节器的比例分量，就可作为用于调节偏差的量并作为用于所要进行的调节干预的量加以分析处理。因此，调节回路的比例分量就是对此的一种尺度：混合物中燃油和空气瞬间的比例是怎样的。通过对于比例分量的数值的分析处理，就可为了达到混合物成分的最佳化，而如此改变燃油分量和/或混合物分量，使得能可靠避免所述调节离开调节范围的脱离。
作为干扰量，最好进行燃油/空气-混合物的改变，其中，改变燃油分量和/或改变混合物分量均可。
有利的做法是，作为干扰量，燃油分量经过电磁控制的阀加以改变，以便随后根据已掌握的调节回路的行为按照最佳空气系数λ的意义来调节燃油/空气-混合物的成分。所述在干扰量、对于混合物成分的控制以及改变之间的这种相互作用会一直进行下去，直到获得对于空气系数λ的一种最佳值为止。
有利的做法是，用于适配于λ的待改变的调节量是燃油/空气-混合物的燃油分量；代替燃油分量而改变空气分量，这也可能是有利的做法。
所述阀是作为脉冲式的阀进行操作的，这种阀最好在无电流状态中是敞开的。也可使用一种线性阀或一种比例阀，这种阀必须加以相应控制。
本发明的其它特征见其它权利要求、有关说明和附图。
附图说明
附图中绘示出本发明的一实施例。
附图表示：
图1一种内燃机的示意图，配有吸入装置和示意地示出的调节线路，
图2一种化油器系统的原理线路图的示意图，配有一种可电磁控制的阀，
图3根据本发明的方法的一种示意流程框图，
图4转速曲线对空气系数λ的示意图，
图5另一种化油器系统的示意图，配有一种对于空载运行喷嘴进行控制的电磁阀。
图1中以1表示一台内燃机，在该实施例中该内燃机是一种二冲程内燃机。所述内燃机也可以作为四冲程内燃机、配有吹洗装置(Spülvorlage)的二冲程内燃机等加以设计。图1中所示的内燃机1具有一气缸2，该气缸中配有一可上下移动的活塞3，该活塞驱动一可上下移动的活塞3，该活塞驱动一被支承在曲轴箱4中的曲轴5旋转。为此，曲轴5经过一相应的连杆6而与活塞3相连。
活塞3控制着一混合物入口10，该混合物入口在曲轴箱4中存在着负压的条件下经过一抽吸通道11和一空气滤清器17而吸入燃烧空气，该燃烧空气通过化油器12进入时被掺入了燃油。经过由活塞3所控制的混合物入口10，一种燃油/空气-混合物被吸入到曲轴箱4中，在活塞下行时经过在气缸2中所设计的溢流通道7而被送入到燃烧室8中。经过一点火控制装置13，一火花塞9上的一点火火花被触发，该点火火花便点燃被上行的活塞在燃烧室8中所压缩的燃油/空气-混合物，并且曲轴5通过一种下行运动被驱动。在燃烧时所产生的废气则经过一最好由活塞控制的废气出口18而被排出。
一用虚线绘示的轮子14与曲轴5相连，该轮子可设计成飞轮或通风机叶轮等。轮子14上安置了一磁体，该磁体在一安置在轮子14的圆周上的、固定的线圈15中感应产生一电压。此外，在轮子14上还安装了一转速传感器16，该转速传感器探测内燃机的转速。转速传感器16发出一脉冲序列，其中，曲轴5每旋转一次，就给出一个、特别是多个脉冲。该脉冲序列经过一信号线路19而被输送给点火控制装置13，并被处理，最好在使用一处理器的情况下来实施。
固定的线圈15的电压被输送给点火控制装置13，该点火控制装置为火花塞9上的点火火花提供点火能量。此外，利用线圈15的感应电压还可操纵一整流电路20，该整流电路是为了操控一电磁阀21而配置的。电磁阀21设置在燃油系统30中，用于控制燃油的供给。为此，电磁阀21经过一控制线路22而与整流电路20相连。
在所示的实施例中，通过对于电磁阀21的相应控制便可调节进入到抽吸通道11中的燃油供给量；下述做法也可能是有利的，代替燃油，通过一电磁阀供给空气。为了调节所示实施例中的混合物，就改变混合物的燃油分量；用于改变混合物的空气分量的一控制装置相应地进行工作。
燃油系统30包含化油器12的调节室23以及一燃油箱24，调节室从燃油箱经过一燃油管道25获得燃油供给。为此，如图2所示，在燃油管道25中安置了一燃油泵26，该燃油泵例如可以由内燃机1的曲轴箱4中可变的曲轴箱压力来驱动。燃油泵26的压力侧经过一入口阀27而与调节室23相连通，该调节室由一膜片28加以限制。该膜片28经过一调节杆29克服一弹簧29a的力而控制着所述入口阀27。
从调节室23分支出一燃油管道25a，连接到抽吸通道11中的一主喷嘴HD、最好是一种部分负荷喷嘴TD、以及多个L0，L1和L2L0，L1和L2。
在按照图2所示的实施例中，在燃油管道25a中，在调节室23和喷嘴之间安置了可控制的电磁阀21，该电磁阀如图2所示，最好无电流时是开着的。为此例如利用一弹簧21a，该弹簧对阀体21b实施力加载，使之进入到导通位置中。为了关闭电磁阀21、从而为了节制燃油供给，电磁阀21的调节器线圈必须经过整流电路20以一种供电电压进行加载。若供电电压处于电磁阀21的调节器线圈上，则阀体21b克服弹簧21a的力被拉回，从而燃油供给被制止。
图2中作为示例绘示出一种信号序列50，该信号序列可以在控制线路22上发送给电磁阀21。经过时间t，该电磁阀21要么被接通，要么被断路。总是在有一信号时，电磁阀21才断开；该阀在无电流时是开通的。各个信号51、52和53的宽度是按整流电路20的设定值加以调定的，所以电磁阀21便利用一经过脉冲宽度调制的信号序列50加以控制。也可能合适的作法是，将控制脉冲51，52，53狭窄相等，并将信号序列经过频率调制后发送给电磁阀21。使用一相应控制的线性阀或比例阀也是合适的。
在电磁阀21的下游，有一主喷嘴路径31，该主喷嘴路径经过一调节元件32及一节流阀33和一止回阀34而与抽吸通道11的文丘里管35的区域内的主喷嘴HD相连接。
与主喷嘴路径31相平行地配置了一种部分负荷喷嘴路径36，该部分负荷喷嘴路径经过一固定节流阀37和一止回阀37a而向部分负荷喷嘴TD供给。所述部分负荷喷嘴TD位于流动方向38中文丘里管35的下游，大致居于喷嘴L1的高度；在图2和图5所示的示意图中，为了一目了然起见，将这些喷嘴并排标出。
在文丘里管35的下游，在主喷嘴HD之后，在抽吸通道11中有一可摆动的节流阀44。在该节流阀的摆动区域内汇入空转喷嘴L1和L2，并且在节流阀44的下游，还有出L0。孔口L0、L1和L2都共同地从一空转室40得到供给。空转喷嘴L1约居于节流阀44的轴45的高度处，并经过一节流阀42而与空转室40相连通。
空转喷嘴L2在空转喷嘴L1的上游汇入到抽吸通道11中，并同样经过一节流阀43而与空转室40相连通。空转室40经过一空转调节螺钉39并最好经过一止回阀39a而与主喷嘴路径31相连。
出口L0在节流阀44的下游汇入到抽吸通道11中，并经过一节流阀41而与空转室40相连。
在文丘里管35的上游，在抽吸通道11中安置了一阻风门48，该阻风门按已知方式为实现内燃机的冷启动而被关闭，以便使混合物富油。
燃油系统30配备了一种电磁阀21的所述结构用于改进的燃油供给，以便独立于抽吸通道11中的负压而影响燃油量。为此，配置了所述整流电路20，经过一控制线路48向该整流电路馈送点火控制装置13的控制信号。
在图3中所示的整流电路包括一转速调节线路55，如在图中用通连实线示意地绘出的那样。在调节线路启动之后，就可根据内燃机的负荷状态确定转速界限，在这些转速界限以内，调节回路应该保持该转速。有利的做法是，确定一种转速下限nu及一转速上限no，从而例如在空转中，转速调节线路55可以将内燃机的转速精确地保持在转速下限nu和转速上限no之间。这样例如就能预定出一种波动范围为400转/分钟的空转转速。为了识别内燃机的负荷状态，可以使用一种负荷开关60，其输出信号在一处理单元61中加以分析处理，并转换成相应的转速界限。负荷开关60能识别空转状况及负荷状况。
所确定的转速界限在比较器62和63中同经过转速传感器16所输供的实际转速nist进行比较。在第一比较器62中，对实际转速nist进行检查，以确认其是否大于转速下限，如果是，就对第二比较器63加以调控，借以检查，看实际转速nist是否大于转速上限。如果不是这种情况，则经过分支64关闭所述回路，并根据负荷状态(空转/满负荷)重新通过转速回路。
如果在比较器62中进行第一次比较时就确定了，实际转速nist低于转速下限nu，则分支到分支65，经过此分支如此地对点火控制装置13进行干预，以便使转速升高。相应地使比较器63分支到分支66，如果实际转速nist大于转速上限no的话。在通过分支66时，则如此对点火控制装置进行干预，以使转速降低。在这两条分支65和66中，是通过对点火时刻按照“早”或“晚”进行调节来在到上述目的的，但或者为了降低转速也可以通过压制点火来到上述目的。两条分支65和66，如同分支64一样，返回到调节回路的启动。
空转转速的稳定及空转质量在很大程度上取决于燃油/空气-混合物的成分。因此，配置了电磁阀21或21b，以用于控制燃油供给。为了达到一种最佳的、通过转速调节线路尽可能均一地保持的空转转速，必须相应地调配所述混合物。图4表示转速n与混合物成分λ的关系。
从图4可以看出，在一种太贫油的混合物的情况下，所述转速强烈地升高，并在极端情况下即使通过转速调节线路55也不能再降低到所希望的空转转速；于是该系统处于调节范围之外。另一方面，参照图4可以看出，一种太富油的混合物会导致内燃机的灭火；转速调节线路55也不能再补偿由于太富油的混合物而造成的转速下降；内燃机停止工作。
为了保证转速调节线路55无论向上还是向下都有一种足够的调节范围，依本发明做出如下设定：按规则的间距或者随机地向调节回路中引入一种干扰量Δms，例如通过混合物成分向着富油或贫油的方向的变化来实现，如图3中的图解中点线部分所示。在空转中，所述调节也可能是永久有源的，而在其余的转速范围中则可随机地进行工作。
所述干扰量Δms可根据点火控制装置的标准在一预定的时刻施加，这可以通过相应地对于整流电路20进行控制来实现。这一点例如可通过下述措施来达到：为了使混合物贫油，将脉冲宽度中的一种信号51设计得较宽；或者为了使混合物富油，则将该信号设计得较窄。
混合物的任何改变，如图4所示，都对内燃机的转速n有直接的影响。如图4示意地示出的，在使混合物贫油的情况下，转速n会升高；这种转速升高但可由调节回路加以抑制。内燃机本身继续无干扰地运行，其中，有关转速分支65或66为了对于干扰量Δms进行补偿而被通过。转速调节器55的作用反映在调节回路的调节分量中，因此，通过对调节分量的监视，如对比例分量的监视、对积分分量的监视，或者甚至对一微分分量的监视，便可做出关于所期待的转速偏差的见解，而不干预调节回路。最好的做法是，调节回路的比例分量由一检测装置70加以监视并加以分析。该检测装置将根据被监视的调节分量的大小算出混合物一种分量的必要改变，并向整流电路20发出一种相应的控制信号，以便加或减ΔmI来改变混合物分量。整流电路20根据所述所获得的控制指令来改变电磁阀21的开启特性，这一点可经过脉冲宽度调制或者频率调制来实现。混合物中的燃油分量可以如此调整，使得空气系数λ例如为一种空转调节而达到最佳，从而避免转速脱离开调节范围。
在对混合物进行了一次新的调节之后，而且转速调节线路55已经补偿了一种由于混合物的变改而可能产生的转速变化，于是在一种静止时间结束后又会重新给出一干扰量，因而又要通过对调节分量的监视来分析转速调节线路55的工作，这是必要的，以便调整出从干扰量Δms中所期待的转速变化。总的布局是如此设计的，使得在有关的工作状态中可以在最佳范围69中调定一种空气系数λ，如在图4中所示。
在图2所示的实施例中，在主燃油管道25a中配置了所述阀；在按照图5所示的实施例中，所述最好为脉冲式的电磁阀21用于给空转系统40、41、42、43供给燃油。图5中所示的燃油系统的结构基本上与图2中所示的相当，因此，对相同的部分都使用相同的附图标记。在通至燃油系统30a的主燃油路径25a中，配置了一调节螺钉39b，以用于调节燃油流。对于电磁阀21的控制又可以经过整流电路20来实现，该整流电路获得来自点火控制装置13的相应控制信号。
根据本发明的系统可以简单地与图3所示的转速调节线路55结合起来加以利用，或者也可以与之分开地加以利用，以便通过对电磁阀21的相应控制来调节空转含油量。如果负荷开关60指示着空转，则该信号就得加以相应处理，而且如此地控制整流电路，使混合物的含油量、即空气系数λ是稳定的。在这种情况下，混合物成分可得到最佳调节，其中所述转速本身可只经过点火时刻而保持在额定值上，即保持在预定的额定值极限范围内。
根据另一种方案，不是经过转速调节线路通过点火时刻的改变来实现转速稳定保持，也可以通过混合物的含油量的改变来调节转速。于是，转速的调节可以经过对于电磁阀21的控制、从而通过对于燃油/空气-混合物的成分的调节来实现。
如果在进行这种调节的情况下，由空转转换到负荷，就可为下述目的利用电磁阀21，即为了更好的加速而实现富油。如果内燃机从高的转速向空转方向(富油下降)运行的话，为了避免这种“富油下降效应(Rich-Come-Down-Effekt)”，可调节所述电磁阀21以实现混合物贫油。
所以图5所示的系统也可利用电磁阀21以适用于一种空转混合物调节。

Claims (15)

1.用于调节一种输送给一内燃机(1)的、由空气和燃油所组成的混合物的成分的方法，其中在内燃机(1)的气缸(2)中构成了一配有一火花塞(9)的燃烧室(8)，该燃烧室由一驱动一曲轴(5)的活塞(3)加以限制；还配有一与火花塞(9)相连的点火控制装置(13)，该点火控制装置根据曲轴(5)的转速在一适合的点火时刻触发一在火花塞(9)上的点火火花，以及经过一转速调节线路(55)将曲轴(5)的瞬间转速(nist)保持在可预定的界限(nu，no)内；还配有一可控制的计量装置(21)，用于由空气和燃油所组成的混合物中的至少一种分量，其特征在于，在一时间点(t0)引入一干扰量(Δms)；在引入该干扰量之后立即监视并分析处理转速调节线路(55)的行为；并根据分析处理的结果来调节至少一个影响着内燃机(1)的运行的参数。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参数是混合物的一种分量。
3.按权利要求2所述的方法，其特征在于，在引入干扰量(Δms)之后，对转速调节线路(55)的调节分量加以监视，并根据调节分量的大小按一种可预定的调节量(Δmi)来改变混合物的一种分量。
4.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参数是点火。
5.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调节分量是转速调节线路(55)的一种比例分量。
6.按权利要求1所述的方法，所述调节分量是转速调节线路(55)的积分分量。
7.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调节分量是转速调节线路(55)的微分分量。
8.按权利要求1所述的方法，其特征在于，作为干扰量(Δms)，由空气和燃油所组成的混合物的一种分量被改变。
9.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调节量(Δmi)是混合物的燃油分量。
10.按权利要求1所述的方法，所述调节量(Δmi)是混合物的空气分量。
11.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计量装置是一种脉冲式电磁阀(21)。
12.按权利要求11所述的方法，其特征在于，电磁阀(21)在无电流状态中是敞开的。
13.按权利要求1所述的方法，其特征在于，在内燃机(1)的空转运行中时，有规律地引入一干扰量(Δms)，并且所述参数加以调配。
14.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述内燃机(1)是一种二冲程内燃机。
15.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参数是点火时刻。
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